重庆市主产烟区重金属污染背景特征分析

马 啸,杨志敏,李云平,陈玉成

(1.重庆市烟草公司烟叶分公司,重庆400023;2.西南大学资源环境学院,重庆400716;3.重庆市农业资源与环境重点实验室,重庆400716;4.重庆市烟草公司巫山分公司,重庆404700)

重庆市主产烟区重金属污染背景特征分析

马 啸1,杨志敏2,3,李云平4,陈玉成2

(1.重庆市烟草公司烟叶分公司,重庆400023;2.西南大学资源环境学院,重庆400716;3.重庆市农业资源与环境重点实验室,重庆400716;4.重庆市烟草公司巫山分公司,重庆404700)

采集了重庆7个主产烟区中大气、降水、地表水、土壤、肥料等231个样品,分析、评价 As、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn等重金属污染水平。结果表明,重庆市主产烟区重金属背景最高的是地表水,其后依次为土壤、肥料、大气 ,而降水和粪水则相对清洁;重金属优先控制顺序依次为 Hg、Cd、A s、Pb、Cr、Cu。

烟区;重金属;背景值

Abstract:231 samp lesof atmosphere,rainfall,surface water,soil,fertilizer etc.in the seven main tobacco p lanting areas in Chongqing were collected to analyze and evaluate the pollution of heavy metals,like A s,Cd,Cr,Cu,Hg,Ni,Pb,Zn.The result indicates that surface water has the highest heavy metal background value in themain tobacco-grow ing areas in Chongqing,w hich is followed by soil,fertilizer and atmosphere;the rainfall and dung water are comparatively sanitary;the p rio r control o rder of heavy metals is Hg,Cd,A s,Pb,Cr,Cu.

Key words:tobacco-grow ing areas;heavy metals;background value

衡量烟叶质量的一个重要指标是有害物质含量,列入烟叶优先有害物的有农药、硝酸盐、重金属、焦油类以及放射性等[1-2]。化学农药可通过生物农药替代及生境调节技术加以控制,硝酸盐可以通过平衡施肥及改变栽培条件等进行限制,焦油通过烟叶烘烤得到限制,而重金属是一种难于控制的污染物,其潜伏期长,易通过食物链而生物富集,对生物和人体健康构成严重威胁[3],而且重金属一旦污染环境,就不易从环境中去除,因此重金属的污染控制一般以预防为主,控制污染源的发生。

烟叶富集重金属的能力较强[4-9]。据报道,烟草特别能从土壤中吸收镉并在叶中以异常高的浓度富集,范围在0.77～0.20μg/g,香烟中镉的浓度高达0.5～3.5μg/g,这与食物中的浓度(通常低于0.05 μg/g)相比,显得很高。重庆市烟叶产区主要分布在矿藏较多的黔江片区,受到重金属污染的潜在威胁较大。重庆市农业环境保护研究表明,现有农地中土壤、植物体内的汞、铅、镉等均有不同程度的超标,这就预警烟叶生产部门要查清污染源,切断污染发生途径,从源头上控制烟叶中的重金属污染物含量。因此有必要立项对重庆市烟叶生产中的重金属污染背景进行研究,为削减重庆市烟叶中重金属含量提供决策性依据。

1 样本采集与分析

1.1 采样布点

采集样本231个,其中大气12个、降水18个、地表水17个、土壤172个、肥料12个。按区县划分,武隆42个、彭水63个、酉阳 42个、黔江8个、石柱38个、巫山27个、奉节11个。

1.2 样本采集

大气样:砷、镉、铬、铜、镍、铅、锌等用 100 L/m in的空气流量、玻璃纤维滤膜采集2 h。汞用80 L/m in的空气流量、巯基棉富集采集2 h。

水样:田面水、沟渠水、河水、泉水、自来水、生活水等直接采集。降水采集整个降雨过程的综合水样。

土壤:在远离田块、沟边、路边或肥堆边处,采用梅花形、蛇形、对角线等布点,多点采样,均匀混合,以保证样品具有代表性。并将现场采样点的具体情况,如土壤剖面形态特征等详细记录。样品除去石块等杂物,置阴凉处风干,过2 mm筛。

粪水与肥料:采集农家肥,风干并制备。

1.3 样品分析

砷用硝酸-硫酸或硝酸-硫酸-高氯酸消解,碘化钾、氮化亚锡和锌还原、二乙氨基二硫代甲酸银比色法测定。汞用硝酸-硫酸-五氧化二钒消解,氯化亚锡还原,冷原子吸收法测定。镉、铬、铜、镍、铅、锌用硫酸-氢氟酸消解,原子吸收分光光度法测定。

2 重金属污染评价方法

2.1 评价标准

在重金属污染评价中(表3),大气评价标准为城区大气数据,其中 Hg来自文献[10];Cd、Cr、Cu、Pb、Zn来自文献[11];Ni来自文献[12]。

降水评价标准为城区数据,来自文献[13]。

地表水评价标准中,除Ni采用地表水环境质量标准 GB3838-2002外,其余均采用农田灌溉水质标准 GB5084-92。

土壤评价标准为黄壤背景值,来自文献[14]。

粪尿类和沤肥类评价标准为全国重金属平均数据,来自文献[15]。

2.2 评价模型

评价采用三级质量指数模型。

一级模型为各重金属的单项指数,即

式中,Ii为第i个重金属的单项指数,Si为评价标准值,Ci为相应重金属的监测平均值。

二级模型为各单元(区县)或各重金属的分指数,各单元(区县)的分指数为:

式中,Ij为第j个单元(区县)的分指数,Iave为重金属的平均单项指数,Imax为重金属的最大单项指数。

各重金属的分指数为:

式中,Ik为第k个重金属的分指数,Iave为各单元(区县)的平均单项指数,Imax为各单元(区县)的最大单项指数。

三级模型为重庆主产烟区环境要素的综合质量指数或各重金属的综合质量指数,各单元(区县)的分质量指数为:

式中,Is为第s个要素(污染源)的综合指数,Iave为各重金属的平均分指数,Imax为各重金属的最大分指数。

各重金属的综合质量指数为:

式中,It为第t个重金属的综合指数,Iave为各要素(污染源)的平均分指数,Imax为各要素(污染源)的最大分指数。

3 结果与讨论

3.1 重庆市主产烟区大气重金属分析

重庆市主产烟区大气 A s、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 的平均浓度分别为 36.2、36.2、0.142、0.142、0.013、0.272、0.209、0.150μg/m3。大气重金属评价结果表明,大气重金属背景较高的区县依次为石柱(2.65)>武隆(2.43)>酉阳(2.29)>巫山(2.16)>彭水(2.12)>黔江(2.04)。

大气背景较高的重金属顺序为Cd(2.38)>Cu(1.59)>Cr(1.30)>Ni(0.53)>A s(0.45)>Pb(0.35)>Zn(0.09)>Hg(0.03)。表明重庆市主产烟区大气中Cd、Cu、Cr浓度较高,值得注意。

3.2 重庆市主产烟区降水重金属分析

重庆市主产烟区降水 A s、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 的平均浓度分别为 0.75、0.75、35.48、3.14、0.02、4.43、11.84、91.41μg/L。降水重金属评价结果表明,降水重金属背景较高的区县依次为彭水(0.48)>奉节(0.48)>巫山(0.47)>石柱(0.41)>武隆(0.35)。

相对背景较高的重金属顺序为A s(0.56)>Cr(0.56)>Pb(0.51)>Zn(0.47)>Cd(0.22)>Ni(0.07)>Cu(0.06)>Hg(0.01)。所有指数均小于1,表明重庆市主产烟区降水中重金属处于安全范围。

3.3 重庆市主产烟区地表水重金属分析

重庆市主产烟区地表水 A s、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 的平均浓度分别为 0.0497、0.003、0.0497、0.005、0.0377、0.193、0.013、0.038 mg/L 。地表水重金属评价结果表明,地表水重金属背景较高的区县依次为巫山(1.78)>彭水(1.58)>酉阳(1.51)>武隆(1.40)>黔江(1.22)>石柱(1.22)。

相对背景较高的重金属顺序为 Hg(4.73)>A s(1.08)>Cd(0.64)>Cr(0.18)>Pb(0.13)>Zn(0.03)>Ni(0.01)>Cu(0.01)。表明重庆市主产烟区地表水中 Hg、A s浓度较高,值得注意。

3.4 重庆市主产烟区土壤重金属分析

重庆市主产烟区土壤 A s、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 的平均浓度分别为 0.0497、0.652、21.70、61.13、0.132、27.15、38.23、77.43 mg/kg。土壤重金属评价结果表明,土壤重金属背景较高的区县依次为酉阳(3.20)>彭水(2.97)>武隆(2.63)>黔江(2.34)>巫山(2.33)>奉节(2.03)>石柱(1.44)。

相对背景较高的重金属顺序为Cd(3.77)>Pb(2.37)>A s(0.98)>Ni(0.96)>Zn(0.86)>Hg(0.77)>Cr(0.75)>Cu(0.69)。表明重庆市主产烟区土壤中Cd、Pb浓度较高,值得注意。

3.5 重庆市主产烟区粪水和肥料重金属分析

重庆市主产烟区粪水 A s、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 的平均浓度分别为 0.241、0.019、0.469、4.57、0.005、0.277、0.346、4.673 mg/L。重庆市主产烟区肥料 A s、Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn 的平均浓度分别为 7.705、0.620、27.90、37.68、0.090、14.53、29.80、86.68 mg/kg。从产区来看 ,浓度最高的为黔江烟区,达到9.97 mg/kg;浓度最低的为巫山烟区,只有1.57 mg/kg。

重庆主产烟区的粪水中重金属均未超标,但肥料重金属中,除了 Hg、Cd、Ni较安全外,其它重金属均超出标准,显示出一定的潜在污染性。各种重金属污染顺序依次为A s(3.088)>Cr(2.313)>Pb(1.590)>Cu(1.264)>Zn(1.025)>Ni(0.875)>Cd(0.573)>Hg(0.479)。

3.6 重庆市主产烟区重金属综合评价

综合评价表明(图1、图2),重庆市主产烟区重金属背景最高的是地表水(3.40),其后依次为土壤(2.84)、肥料(2.40)、大气(1.78),而降水(0.45)和粪水(0.17)则相对清洁。

若按重金属排序,重庆市主产烟区的重金属污染顺序依次为 Hg(3.42)>Cd(2.81)>A s(2.31)>Pb(1.77)>Cr(1.74)>Cu(1.21)>Zn(0.78)>Ni(0.74)。

图1 重庆市主产烟区重金属综合评价——环境要素比较

图2 重庆市主产烟区重金属综合评价——重金属比较

4 结 论

重庆市主产烟区重金属背景最高的是地表水,其后依次为土壤、肥料、大气,而降水和粪水则相对清洁。

重庆市主产烟区重金属优先控制顺序依次为Hg、Cd、As、Pb、Cr、Cu,其中大气为 Cd、Cr,地表水为Hg、As,土壤为 Cd、Pb,粪水与肥料为 As、Cr、Pb。

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Heavy Metals Contam ination Background of Main Tobacco-growing Areas in Chongqing

MA Xiao1,YANG Zhi-m in2,3,L I Yun-ping4,CHEN Yu-cheng2
(1.Tobacco Leaf Branch of Chongqing Tobacco Company,Chongqing 400023,China;2.College of Resources and Environment of Southwest University,Chongqing 400716,China;4.Wushan Branch of Chongqing Tobacco Company,Chongqing 404700,China)

X 795

A

1674-2842(2010)03-0023-03

2009-12-16

重庆市烟草专卖局2008年重点课题

马 啸(1973-),男,河南沈丘人,农艺师,主要从事烟叶生产与技术推广工作。E-mail:maxiaotobacco@sina.com